錐形束CT對青少年頜骨硬組織三維測量的可行性分析

王 超，丁 寅，陳金武，趙文峰

顱頜面結(jié)構(gòu)三維分析是研究顱頜面生長發(fā)育和畸形特點的重要手段，有著傳統(tǒng)平片無可比擬的優(yōu)勢。如何實現(xiàn)顱頜面結(jié)構(gòu)三維測量分析，是國內(nèi)外學(xué)者共同關(guān)注的課題[1]。錐形束CT（cone-beam computer tomography，CBCT）技術(shù)發(fā)展迅猛，逐步應(yīng)用于頜骨三維重建測量[2-3]。CBCT因其成像質(zhì)量高、放射劑量小、配備專門的測量軟件等優(yōu)勢，在口腔頜面部廣泛應(yīng)用[4]。目前關(guān)于CBCT對頜面部硬組織對稱性測量分析報道較少，本試驗擬通過對青少年志愿者拍攝CBCT，利用MIMICS軟件進行三維重建，分析解剖標志點定位的準確性和可重復(fù)性，以此確定CBCT對青少年頜骨硬組織三維對稱性測量的可行性。

1 對象與方法

1.1 研究對象 選取西安地區(qū)中學(xué)生志愿者47名（其中男 20名，女 27名，年齡 12～16歲，平均13.8歲）,滿足以下條件：牙列完整，無正畸治療史，無先天顱頜面發(fā)育不全，無頜面部骨折、腫瘤、手術(shù)史。本研究已向志愿者本人和監(jiān)護人明確告知，取得知情同意，且得到本校倫理委員會批準。

1.2 方法

1.2.1 CBCT拍攝方法 采用德國西諾德 CBCT伽利略系統(tǒng)，掃描范圍為15 cm×15 cm×15 cm；掃描參數(shù)：球管電壓85 kV，電流21 mA；重建層厚為0.25 mm。掃描時，受試者均為站立位，自然放松，目視前方，處于正中咬合狀態(tài)，且保持眶耳平面與水平面平行。

1.2.2 CBCT 圖像處理 CBCT 圖像數(shù)據(jù)以醫(yī)學(xué)數(shù)字圖像通訊（digital imaging and communications in medicine，DICOM）[5]標準格式儲存。 以 MIMICS10.01（Materialise Inc.Belgium）軟件進行頜面部硬組織圖像三維重建，確定解剖標志點。

1.2.3 確定參考平面和解剖標志點 根據(jù)骨性解剖結(jié)構(gòu)顯著性和穩(wěn)定性，共設(shè)定23個解剖標志點：其中 5 個為單點 （Ba、S、N、ANS、Pog）； 其余為對稱點，如OrL、OrR分別表示左右眶下緣點。表1示各解剖標志點的定位要求。

1.2.4 標志點觀測方法 選定兩名定點觀測者（正畸科或正頜外科3年以上工作經(jīng)歷者），對其培訓(xùn)MIMICS10.01軟件的使用方法和23個解剖標志點的定位標準；主要在水平截面視圖定位標志點，以冠狀截面視圖、矢狀截面視圖、三維重建圖像為參考，進一步調(diào)整該解剖標致點的位置[6]（圖1）。CBCT數(shù)據(jù)經(jīng)MIMICS10.01軟件重建后生成的三維圖像處于一組三維坐標系中 （此坐標系在CBCT拍攝時即已確立，不受觀測者的影響），在該圖像中定點，便會出現(xiàn)該點相應(yīng)的坐標值（以mm為單位，小數(shù)點后4位）。每名觀測者對每例受試者所有解剖標志點定位 3 次，取平均值即為該點坐標（X、Y、Z）；每次測量均從CBCT原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入開始，選擇相同閾值進行三維重建。

1.3 數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計 針對兩名定點觀測者對每一個點的坐標值，計算坐標值差異均數(shù)（x），并使用配對t檢驗，評判對同一解剖標志點定位的一致性，由此來評價該23個解剖標志點定位的可行性和準確性。

2 結(jié)果

除了眶下緣點和下頜角點外，兩名定點觀測者對其他解剖標致點在三維坐標上表現(xiàn)出了高度的一致性（坐標值差異 ＜2 mm），其中顱底點（Ba）、蝶鞍中心點（S）、鼻根點（N）、前鼻嵴點（ANS）、髁突頂點（Co）、喙突頂點（Cop）坐標定位差異度 ＜1 mm，說明本解剖標志點定位方法準確可行，可作為各類線距和角度測量，并進行左右側(cè)不對稱分析的基礎(chǔ)。而對于眶下緣點（Or）和下頜角點（Go），兩名定點觀測者確定的坐標值差異 ≥2 mm（表2）。

表2 兩名定點觀測者確定的Or和Go坐標值差異

3 討論

顱頜面結(jié)構(gòu)三維定量測量分析是研究顱頜面生長發(fā)育規(guī)律的重要手段。最早的顱面骨三維測量是在顱骨干標本上進行[7]，三維測量很困難。傳統(tǒng)X光片頭影測量，影像重疊，不能分辨一些精細骨結(jié)構(gòu)，存在一定的放大誤差，且定點存在個體誤差[8]。薄層CT斷層影像能在不同的平面上定位修正解剖標志點位置，大大提高了定位的精確性，但由于其費用昂貴，輻射劑量大，不適于作為青少年的檢查手段。

在研究顱頜面部正常骨組織的發(fā)育以及畸形骨組織的病變程度時，精確定位標志點和確定參考平面，以便描述顱面部骨組織的特殊結(jié)構(gòu)所在的位置是關(guān)鍵的一步，因此，許多學(xué)者對于顱頜面部標志點的定義及新標志點的提出做了大量的工作[9-11]。隨著CT掃描三維重建技術(shù)的廣泛應(yīng)用，三維重建影像被廣泛應(yīng)用于生長發(fā)育的研究，采用軟件對三維重建影像直接進行三維測量。但目前尚無文獻明確說明CBCT三維重建圖像標志點定位的準確性，故本研究旨在探索在CBCT三維影像中，確定頜骨解剖標志點和基準平面的精確度和可行性。

表1 各解剖標志點的設(shè)定

圖1 各解剖標志點在MIMICS軟件窗口水平截面的定位

本研究所確定的23個標志點，都表現(xiàn)出了較好的可重復(fù)性，可以用于頜骨硬組織參考平面的設(shè)定及線距、角度的測量分析。僅眶下點（水平和垂直方向）、下頜角點（垂直和矢狀方向）定位存在一定誤差（均在3 mm以內(nèi)），對三維空間上的計算影響甚微?？傮w來說，在所有的23個標志點中，眶下緣、下頜角標志點定位相對模糊，其他標志點在三維空間及各個坐標軸上的定位均高度一致。因此認為，本定位方法及標志點可以為顱頜面硬組織形態(tài)研究提供參考。

關(guān)于Or和Go解剖標致點定位一致性較低的原因分析：（1）眶下緣點的概念基于頭顱側(cè)位二維平面眶下緣骨性結(jié)構(gòu)投影重疊，在三維結(jié)構(gòu)中此概念模糊，標志點解剖位置定位不精確；且在一些病例中受眶下切跡的影響，眶下緣三維重建圖像質(zhì)量不理想，出現(xiàn)Z軸（垂直方向）上定位偏差；眶下緣弧度平緩，最低點不易定位，故出現(xiàn)X軸（水平方向）不一致。（2）下頜角點為下頜角最向外向后的點，頭影側(cè)位片中可由下頜骨體切線升支后緣切線輔助確定，而在三維圖像中，在矢狀界面上定點后，三維圖像中調(diào)整頂點位置時，受觀測者角度的影響，位置變化相對較大。

關(guān)于三維參考平面的設(shè)定，是研究頜骨不對稱畸形的基礎(chǔ)，已有眾多學(xué)者依據(jù)自身研究條件和研究目的提出了不同的三維參考平面設(shè)定方法。其設(shè)定原則是：標志點定位清晰、解剖變異小。Maeda等[12]曾在研究偏頜畸形硬組織特點時，以蝶鞍點-鼻根點-樞椎齒突定點定義顱底正中矢狀面，3個解剖標志點位于顱底，發(fā)育形成較早，位置穩(wěn)定，不易受后天環(huán)境的影響[13]。本研究中位于顱底可用于確定正中矢狀面的解剖標志點顱底點（Ba）、蝶鞍中心點（S）、鼻根點（N）坐標值差異均數(shù)均在1 mm以內(nèi)，說明在影像中定位準確，可以用于顱頜骨正中矢狀面的確定。

本研究表明，在錐形束CT重建影像中，頜骨標志點定位準確，再現(xiàn)性高，穩(wěn)定性好，可以用于青少年頜骨硬組織三維不對稱性測量。

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